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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Umgehungsventileinrichtung für einen Fluidfilter, insbesondere für Kraftstoff oder Öl, umfassend ein Umgehungsventil mit einem Ventilkörper und mit einer Dichtfläche, die einen Ventildurchlass begrenzt. Ein Verschlussteil ist relativ zur Dichtfläche zwischen einer den Ventildurchlass verschließenden Dichtstellung und einer den Ventildurchlass freigebenden Öffnungsstellung verstellbar. Das Umgehungsventil weist ein Vorspannelement auf, mittels dessen das Verschlussteil an der Dichtfläche des Ventilkörpers in seiner Dichtstellung vorgespannt dichtend anliegt.
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Stand der Technik
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Fluidfilter, insbesondere Öl- oder Kraftstofffilter, sind häufig mit einem Umgehungsventil versehen, um unerwünschte Druckspitzen auf der Rohseite des Filterelements abzuleiten. Bei einer Verstopfung des Filtermediums steigt der rohseitige Fluiddruck im Filterbetrieb an. Das Überdruckventil soll sich bei Erreichen bzw. Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Differenzdrucks zwischen der Rohseite und der Reinseite des Filtermediums zuverlässig öffnen und unter Umgehung des Filtermediums einen sogenannten Bypasstrom des Fluids von der Roh- zur Reinseite des Filterelements ermöglichen, damit der Fluidfilter keinen Schaden nimmt. Ein Fluidfilter mit einem solchen Umgehungsventil ist beispiesweise aus der
DE 10 2004 004 103 A1 bekannt.
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Im normalen Filterbetrieb können sich im Fluid enthaltene Verunreinigungen, insbesondere Partikel, im Bereich des Umgehungsventils absetzen und eine Sedimentationsschicht bilden. Bei einer Aktivierung des Umgehungsventils besteht dann die Gefahr, dass die auf der Rohseite, d. h. hochdruckseitig, sedimentierten Verunreinigungen vom ungefilterten Fluid mehr oder minder schlagartig auf die niederdruckseitige Reinseite des Filterelements mitgerissen werden. Die Gefahr einer Beschädigung nachgeschalteter Aggregate wird dadurch deutlich erhöht. Dies kann beispielsweise beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors zu einem gefährlichen Eintrag von im Schmieröl enthaltenen Verschmutzungen in den Verbrennungsmotor führen.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Umgehungsventileinrichtung sowie einen Fluidfilter mit einer solchen Umgehungsventileinrichtung derart weiterzubilden, dass die Gefahr des Eintrags von auf der Rohseite bzw. hochdruckseitig sedimentierten Verunreinigungen reduziert ist.
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Die die Umgehungsventileinrichtung betreffende Aufgabe wird durch eine Umgehungsventileinrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der erfindungsgemäße Fluidfilter weist die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale auf. Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung und in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Umgehungsventileinrichtung umfasst ein Umgehungsventil mit einem Ventilkörper, der eine Dichtfläche aufweist, welche einen Ventildurchlass begrenzt. Ein Verschlussteil mit einem Dichtabschnitt ist relativ zur Dichtfläche zwischen einer den Ventildurchlass verschließenden Dichtstellung und einer den Ventildurchlass freigebenden Öffnungsstellung verstellbar. Das Umgehungsventil weist ein Vorspannelement auf, um das Verschlussteil in seiner Dichtstellung gegen die Dichtfläche des Ventilkörpers vorzuspannen. Das Verschlussteil kann somit druckgesteuert entgegen der dem Vorspannelement innewohnenden Elastizität aus der Dichtstellung in die Freigabestellung überführt werden. Die Umgehungsventileinrichtung weist erfindungsgemäß eine Partikelfalle auf, die im Betriebszustand der Umgehungsventileinrichtung auf einer Hochdruckseite der Umgehungsventileinrichtung (in Lotrichtung) zumindest abschnittsweise unterhalb der Dichtfläche angeordnet ist, um sich aus dem Fluid schwerkraftbedingt absetzende Partikel aufzunehmen. Dadurch kann der Bildung einer hochdruckseitigen, d. h. dem Umgehungsventil fluidisch vorgeschaltet angeordneten, Sedimentationsschicht, die beim Öffnen des Umgehungsventils vom Fluid angeströmt und mitgerissen werden könnte, entgegengewirkt werden.
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Die Partikelfalle kann erfindungsgemäß eine Einlassöffnung aufweisen, die umfangsseitig zumindest abschnittsweise durch eine Schrägfläche begrenzt ist. Durch die Schrägfläche können die sedimentierenden Partikel der Einlassöffnung und damit der Partikelfalle nochmals sicherer zugeführt werden. Einer Sedimentationsschicht, die beim Öffnen des Umgehungsventils von dem Fluid unmittelbar angeströmt und mitgerissen werden kann, kann dadurch nochmals zuverlässiger entgegengewirkt werden. Die Schrägfläche schließt im Betriebseinsatz der Umgehungsventileinrichtung vorzugsweise mit dem Lot einen spitzen Winkel ein. Die Schrägfläche kann erfindungsgemäß ringförmig ausgeführt sein und so konusförmig bzw. trichterförmig ausgebildet sein. Nach der Erfindung kann die Schrägfläche auch gewölbt sein. Wesentlich ist, dass sich die sedimentierenden Partikel schwerkraftbedingt an der Schrägfläche entlang in Richtung auf die Einlassöffnung der Partikelfalle bewegen können.
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Eine nochmals verbesserte Zwangsführung der Partikel kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass die Schrägfläche mit mehreren Nuten versehen ist, die sich (in radialer Richtung) jeweils zur Einlassöffnung der Partikelfalle hin erstrecken. Sammeln sich die Partikel in den Nuten an, so können sich diese dort zu größeren Agglomeraten zusammenlagern, die sich an der Schrägfläche entlang leichter in Richtung der Einlassöffnung der Partikelfalle bewegen können.
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Die Partikelfalle weist nach der Erfindung vorzugsweise einen gegenüber der Einlassöffnung erweiterten Sammelraum auf. Der Sammelraum weist mit anderen Worten einen Innendurchmesser bzw. Innenquerschnitt auf, der größer als ein lichter Durchgangsquerschnitt der Einlassöffnung ist. Dadurch kann eine Aufwirbelung bzw. ein unerwünschtes Mitreißen der im Sammelraum der Partikelfalle angeordneten Verunreinigungen beim Öffnen des Umgehungsventils entgegengewirkt werden.
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Die Partikelfalle weist neben der vorgenannten Einlassöffnung ihres Sammelraums bevorzugt keine weitere Öffnung auf. Dadurch kann einerseits die Gefahr einer möglichen Leckage der in der Partikelfalle angeordneten Verunreinigungen, insbesondere auf die Reinseite des Fluidfilters, verhindert werden. Zusätzliche Dichtungsmaßnahmen entfallen. Darüber hinaus kann aber auch einem retrograden Einströmen eines Fluids in die Partikelfalle entgegengewirkt werden, wodurch der Gefahr eines unerwünschten Austrags der in der Partikelfalle gefangenen Verunreinigungen über das Umgehungsventil nochmals zuverlässiger entgegengewirkt werden kann.
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Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Partikelfalle zumindest teilweise durch das Verschlussteil des Umgehungsventils gebildet. So kann insbesondere der vorgenannte Sammelraum der Partikelfalle innerhalb des Verschlussteils ausgebildet sein. Das Verschlussteil ist in diesem Fall mithin als ein Hohlkörper ausgeführt. Das Verschlussteil kann darüber hinaus (oberseitig) die vorgenannte Schrägfläche ausbilden. Die Schrägfläche kann an einen Dichtungsabschnitt, mit dem das Verschlussteil in Dichtstellung an der Dichtfläche anliegt, angrenzen bzw. in diesen übergehen. Alternativ kann die Schrägfläche auch unmittelbar durch den Ventilkörper ausgebildet sein.
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Die Einlassöffnung der Partikelfalle ist nach der Erfindung in Lotrichtung zumindest abschnittsweise unterhalb der Dichtfläche des Ventilkörpers angeordnet, um den die Dichtfläche umgebenden Bereich zuverlässig von sedimentierten Partikeln freizuhalten.
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Besonders bevorzugt ist die Einlassöffnung in Richtung einer zur Bewegungsachse des Verschlussteils radialen Richtung innerhalb der Dichtfläche angeordnet bzw. zu dieser seitlich versetzt angeordnet, um die Dichtfläche vollumfänglich von Partikeln freizuhalten.
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Der erfindungsgemäße Fluidfilter kann insbesondere zum Filtern von Kraftstoff oder Öl vorgesehen sein. Der Fluidfilter weist ein Filtergehäuse mit einem darin angeordneten Filterelement und mit einer vorstehend erläuterten Umgehungsventileinrichtung auf, durch das eine Bypasströmung von einer dem Filterelement fluidisch vorgeschalteten Rohseite des Fluids zu einer dem Filterelement fluidisch nachgeschalteten Reinseite ermöglicht ist. Dadurch kann im Bedarfsfall ein Druckausgleich zwischen der Rohseite und der Reinseite geschaffen werden.
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Die Partikelfalle kann im Filterbetrieb des Fluidfilters in Richtung der Längsachse des Filterelements zumindest abschnittsweise oberhalb des Filterelements angeordnet sein.
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Die Partikelfalle kann nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch zumindest teilweise durch das Filtergehäuse gebildet sein. In diesem Fall kann beispielsweise der vorgenannte Sammelraum der Partikelfalle durch eine Einbuchtung des Filtergehäuses gebildet sein. Eine solche Einbuchtung kann mit geringem fertigungstechnischen Aufwand durch ein Tiefziehen des Filtergehäuses oder auch beim Spritzgießen des Filtergehäuses erzeugt werden. Die vorstehend erläuterte Schrägfläche der Partikelfalle kann nach der Erfindung insbesondere durch ein Führungs- bzw. Trichterelement gebildet sein, das am Filtergehäuse befestigt, insbesondere eingepresst, ist. Das Trichterelement kann alternativ auch mit dem Filtergehäuse verschweißt sein. Die Schrägfläche der Partikelfalle kann sich zumindest abschnittsweise in die Einbuchtung des Gehäuses hineinerstrecken. In diesem Fall ist das Trichterelement zumindest teilweise innerhalb des Sammelraums angeordnet.
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Der Fluidfilter kann erfindungsgemäß als ein sogenannter Wechselfilter (= Wechelfilterpatrone) ausgebildet sein, bei dem das Filtergehäuse und das Filterelement eine gemeinsam handhabbare Baueinheit bilden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsformen sind rein beispielhaft zu verstehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der Zeichnung zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fluidfilters mit einem Umgehungsventil und einer dem Umgehungsventil hochdruckseitig vorgeschalteten Partikelfalle; und
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fluidfilters mit Umgehungsventil und Partikelfalle.
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1 zeigt einen Fluidfilter 10 mit einem öffenbaren Filtergehäuse 12 mit einer Längsachse 14, das einen Filtertopf 16 und einen mit dem Filtertopf 16 verschraubten Gehäusedeckel 18 aufweist. Das Filtergehäuse 12 weist einen in 1 nicht näher dargestellten Einlass für das zu filternde Fluid und einen Auslass für das gefilterte Fluid auf. Innerhalb des Filtergehäuses 12 ist ein Filterelement 20 angeordnet, das hier beispielhaft als Rundfilterelement ausgeführt ist. Das Filterelement 20 umfasst ein Filtermedium 22, das ringförmig um die Längsachse 24 des Filterelements 20 herum angeordnet ist. Das Filtermedium 22 kann insbesondere als ein sternförmig gefalteter Filterbalg ausgeführt sein. Die Längsachse 24 des Filterelements 20 fällt hier mit der Längsachse 14 des Fluidfilters 10 zusammen. Das Filtermedium 22 kann stirnseitig jeweils an einer Endscheibe 26 fluiddicht befestigt sein. Das Filtermedium 22 ist von dem zu filternden Fluid in einer zur Längsachse 22 radialen Richtung von außen nach innen, d. h. von einer äußeren Rohseite 28 zu einer inneren Reinseite 30 des Filterelements 20, durchströmbar. Die Rohseite 28 bildet somit eine Hochdruckseite H und die Reinseite 30 eine Niederdruckseite N des Filterelements 20. Zur radial innenseitigen Abstützung des Filtermediums dient hier ein gitterförmiges Stützrohr 32.
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Das Filterelement 20 weist für den Fall eines übermäßigen Druckanstiegs auf der Rohseite 28 des Filterelements 20, wie dies etwa im Falle einer Verblockung des Filtermediums 22 durch einen Filterkuchen, oder durch eine stark erhöhte Viskosität der zu filternden Flüssigkeit auftreten kann, eine Umgehungsventileinrichtung 33 mit einem Umgehungsventil 34 auf. Durch das Umgehungsventil 34 kann somit – druckabhängig – ein Bypassstrom des ungefilterten Fluids von der Rohseite 28 zur Reinseite 30 des Filterelements 20 geschaffen werden, der das Filtermedium 22 umgeht.
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Das Umgehungsventil 34 weist einen Ventilkörper 36 auf, der hier über ein Radialdichtungselement 38 an einem stutzenartigen Axialfortsatz 40 des Stützrohrs 32 des Filterelements 20 gelagert ist. Es versteht sich, dass der Ventilkörper 36 auch in anderer Weise bzw. an anderer Stelle am Filterelement 20 befestigt, insbesondere verrastet gehalten, sein kann.
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Der Ventilköper 36 weist eine Dichtfläche 42 auf, die einen hier kreisförmig ausgeführten Ventildurchlass 44 begrenzt. Ein Verschlussteil 46 dient dazu, den Ventildurchlass 44 zu verschließen. Das Verschlussteil 46 ist diesbezüglich mit einem Vorspannelement 48 versehen, durch das das Verschlussteil 46 in seiner Dichtstellung mit einem Dichtabschnitt 50 an der Dichtfläche 42 des Ventilkörpers 36 vorgespannt dichtend anliegt. Das Verschlussteil 46 ist bei Überschreiten eines vorgegebenen Fluiddrucks auf der Hochdruckseite H in Richtung einer Bewegungsachse 52, die hier mit der Längsachse 24 des Filterelements 20 zusammenfällt, zwischen der gezeigten Verschlussstellung und einer den Ventildurchlass fluidisch freigebenden Öffnungsstellung verschiebbar gelagert. In seiner Öffnungsstellung ist das Verschlussteil 44 somit von der Dichtfläche 42 des Ventilkörpers 36 in axialer Richtung beabstandet angeordnet. Das Umgehungsventil ist in Öffnungsstellung in Richtung der Längsachse 24 des Filterelements sowie der Bewegungsachse 52 des Verschlussteils 46 in einer axialen Richtung von oben nach unten durchströmbar.
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Im normalen Betriebseinsatz des Fluidfilters 10 ist das Umgehungsventil 34 geschlossen und wird somit von dem rohseitig angeordneten Fluid weder angeströmt noch durchströmt. Dadurch können sich im Fluid enthaltene partikuläre Verunreinigungen schwerkraftbedingt nach unten in Richtung des Umgehungsventils absetzen (sedimentieren). Dies birgt grundsätzlich die Gefahr des Entstehens einer dem Umgehungsventil 34 fluidisch vorgeschaltet bzw. bei der hier gezeigten Ausführungsform auch unmittelbar auf dem Umgehungsventil 34 angeordneten Sedimentationsschicht, die im Falle eines Öffnens des Umgehungsventils 34 vom Fluid in die Reinseite 30 des Filterelements eingetragen werden könnte. Dadurch können dem Fluidfilter (fluidisch) nachgeordnete Aggregate, im Falle eines Kraftstofffilters etwa das Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors oder im Falle eines Ölfilters der Verbrennungsmotor selbst, beschädigt werden. Das Umgehungsventil 34 weist deshalb eine Partikelfalle 54 auf. Die Partikelfalle 54 umfasst einen Sammelraum 56 für Verunreinigungen mit einer Einlassöffnung 58, die mit der Hochdruckseite H bzw. der Rohseite 28 des Fluidfilters 10/Filterelements 20 fluidisch verbunden ist. Der Sammelraum 56 ist mit anderen Worten zur Hochdruckseite H hin offen ausgeführt. Die Einlassöffnung 58 der Partikelfalle 54 ist im Betriebszustand des Fluidfilters 10 in axialer Richtung unterhalb der Dichtfläche 42 angeordnet. Gemäß 1 kann die Einlassöffnung 58 darüber hinaus relativ zur Dichtfläche 42 des Ventilkörpers 36 nach radial innen versetzt angeordnet sein. Die Einlassöffnung 58 ist hier in radialer Richtung durch eine Schrägfläche 60 des Verschlussteils 46 begrenzt. Im Filterbetrieb des Fluidfilters 10 schließt die Schrägfläche 60 mit der im Filterbetrieb (ungefähr) lotrecht auszurichtenden Längsachse 14 des Filterelements 10 bzw. der Bewegungsachse 52 des Verschlussteils 46 zumindest abschnittsweise einen spitzen Winkel α ein. Der Winkel α beträgt vorzugsweise weniger als 75°, insbesondere zwischen 45° und 70°. Die Schrägfläche 60 kann sich vorteilhaft von dem Dichtabschnitt 50 des Verschlussteils 46 bis zur Einlassöffnung 58 der Partikelfalle 54 erstrecken. Die Schrägfläche 60 kann auch gewölbt, insbesondere konvex ausgeführt sein. Auch eine gestufte Schrägfläche 60 ist denkbar. Die Schrägfläche 60 ist zur Bewegungsachse 52 ringförmig ausgeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schrägfläche 60 mit anderen Worten eine konusförmige Trichterform auf. An der Schrägfläche 60 können Partikel schwerkraftbedingt sowie unterstützt durch die im Filterbetrieb ggf. auftretende Erschütterungen in Richtung der Einlassöffnung 58 der Partikelfalle 54 gleiten bzw. geführt werden. Sofern es sich bei dem zu filternden Fluid um Öl oder um Kraftstoff handelt, kann sich im Fluid enthaltenes Wasser der Schwerkraft folgend absetzen (sedimentieren) und somit ein Einfrieren des Umgehungsventils 34 verhindert werden.
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Der Sammelraum 56 der Partikelfalle 54 weist neben der Einlassöffnung 58 keine weitere Öffnung auf, so dass in der Partikelfalle 54 gefangene Verunreinigungen dort dauerhaft verbleiben. Darüber hinaus weist der Sammelraum 56 einen Innendurchmesser 62 auf, der größer ist, als eine lichte Durchgangsweite 64 der Einlassöffnung 58. Der Sammelraum 56 ist mithin gegenüber der Einlassöffnung 58 erweitert. Insgesamt kann dadurch ein unerwünschtes Austreten der im Sammelraum angeordneten Partikel bzw. Verunreinigungen, insbesondere bei einer Aktivierung des Umgehungsventils 34, zuverlässig vermieden werden. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Umgehungsventil 34 mitsamt der Partikelfalle 54 rein beispielhaft in axialer Richtung zumindest abschnittsweise oberhalb des Filterelements 20 und mit dem Filterelement 20 koaxial zur Längsachse 14 des Fluidfilters 10 angeordnet. Es versteht sich, dass das Umgehungsventil 34 mitsamt der Partikelfalle 54 je nach Bauform des Filterelements auch an anderer Stelle positioniert sein kann.
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In 2 ist ein weiterer Fluidfilter 10 mit einer Umgehungsventileinrichtung 33 gezeigt, deren Umgehungsventil 34 bei in Öffnungsstellung angeordnetem Verschlussteil 46 vom rohseitig angeordneten Fluid in axialer Richtung von unten nach oben durchströmbar ist. Die Partikelfalle 54 ist in Richtung der Längsachse 24 des Filterelements 20 unterhalb des Filterelements 20 und der Dichtfläche 42 des Umgehungsventils 34 bodenseitig am Filtergehäuse 12 angeordnet. Der Sammelraum 56 der Partikelfalle 54 ist hier beispielhaft durch eine bodenseitige Einbuchtung 66 des Filtergehäuses 12 gebildet. Der Sammelraum 56 ist mithin teilweise durch das Filtergehäuse 12 unmittelbar begrenzt. Dies kann fertigungstechnisch beispielsweise durch ein entsprechendes Tiefziehen des Filtergehäuses 12 oder auch durch eine entsprechende Ausformung des Filtergehäuses 12 beim Spritzgießen erreicht werden. Am Filtergehäuse 12 ist ein trichterförmiges Führungselement 68 befestigt, das oberseitig die Schrägfläche 60 bildet. Das Führungselement 68 kann am Filterelement insbesondere angeformt, angeschweißt oder eingepresst sein. Das Führungselement 68 begrenzt die Einlassöffnung 58 der Partikelfalle 54 und erstreckt sich in den Sammelraum 56 der Partikelfalle 54 hinein.
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Die erfindungsgemäße Umgehungsventilanordnung ist für als Wechselfilter ausgebildete Fluidfilter gleichermaßen geeignet. Insoweit können auch die beiden in den 1 und 2 gezeigten Filterelemente jeweils als ein sogenannter Wechselfilter bzw. als Wechselfilterpatrone ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004004103 A1 [0002]
